普考申論題
112年
[化學工程] 分析化學概要
第 一 題
📖 題組：
五、環境用藥過氧化氫檢測方法是使用氧化還原滴定法，以高錳酸鉀標準溶液（KMnO4，分子量為 158.03 g/mol）滴定。高錳酸鉀溶液配製後，須以草酸鈉標定（Na2C2O4，分子量為 134.00 g/mol）。取 0.15 g 草酸鈉，加入 25 mL 的酸性溶液，將溶液加熱至 60℃，以高錳酸鉀標準溶液滴定，於 23.52 mL 到達滴定終點。反應式如下： MnO4ˉ + H2C2O4 + H+ → Mn2+ + H2O + CO2
五、環境用藥過氧化氫檢測方法是使用氧化還原滴定法，以高錳酸鉀標準溶液（KMnO4，分子量為 158.03 g/mol）滴定。高錳酸鉀溶液配製後，須以草酸鈉標定（Na2C2O4，分子量為 134.00 g/mol）。取 0.15 g 草酸鈉，加入 25 mL 的酸性溶液，將溶液加熱至 60℃，以高錳酸鉀標準溶液滴定，於 23.52 mL 到達滴定終點。反應式如下： MnO4ˉ + H2C2O4 + H+ → Mn2+ + H2O + CO2
📝 此題為申論題，共 4 小題
小題 (一)
請平衡上列化學反應方程式。（4 分）
思路引導 VIP
面對氧化還原方程式的平衡，應直覺想到使用「半反應法（離子-電子法）」。先將反應拆分為氧化（草酸）與還原（過錳酸根）兩個半反應，依序平衡主要原子、氧原子（加水）、氫原子（加氫離子）與電荷（加電子），最後取公倍數消去轉移電子即得完整方程式。
小題 (二)
請計算高錳酸鉀溶液的濃度。（8 分）
思路引導 VIP
面對滴定計算題，首要任務是寫出『已平衡』的淨離子反應方程式以確認反應物的莫耳數比。接著利用標定劑（草酸鈉）的質量與分子量求得莫耳數，最後代入滴定劑（高錳酸鉀）的消耗體積計算其體積莫耳濃度。
小題 (三)
請說明為何將溶液加熱至 60℃，再以高錳酸鉀標準溶液滴定。（4 分）
思路引導 VIP
看到這題應立刻聯想到高錳酸鉀與草酸反應的「動力學特性」。此氧化還原反應在室溫下極慢，且具有「自身催化（Autocatalysis）」特性，考生須點出加熱是為了克服初期的活化能以提升反應速率，並說明 Mn2+ 的催化角色。
小題 (四)
當開始標定時，加入 2 mL 高錳酸鉀溶液，需要一些時間高錳酸鉀顏色才會消失，然後反應進行會越來越快，請說明原因。（4 分）
思路引導 VIP
看到滴定過程中「反應由慢變快」且未外加其他試劑，應立即聯想到「自催化反應（Autocatalysis）」。在此反應中，必須點出反應生成的產物（亞錳離子 Mn2+）本身具備催化劑的功能，藉此解釋初期無催化劑故反應慢、後期催化劑累積故反應加速的現象。
氧化還原方程式平衡
💡 運用半反應法平衡電子轉移與電荷守恆以求得反應係數。
🔗 半反應法平衡五步驟
- 1 1. 拆分反應 — 識別氧化與還原對並分別寫出半反應式
- 2 2. 平衡原子 — 依序平衡主原子、氧原子(加水)、氫原子(加H+)
- 3 3. 電荷相等 — 加入電子平衡電荷並調整兩式電子數一致
- 4 4. 合併化簡 — 相加兩式並消去兩側重疊的 H+ 或水分子
- 5 5. 檢查守恆 — 最後核對原子總數與電荷總量是否正確
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🔄 延伸學習：延伸學習：在鹼性環境中，需額外將 H+ 結合 OH- 轉換為水。
